DE102011085667A1

DE102011085667A1 - Klimatisierungseinrichtung sowie Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102011085667A1
Application number: DE102011085667A
Authority: DE
Inventors: Joerg Heyse; Thomas Demmer; Michael Ritter; Peter Eitner; Jens Ritzert
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-11-03
Filing date: 2011-11-03
Publication date: 2013-05-08
Also published as: WO2013064338A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung (11) für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums (2), bei welcher ein Zuluftstrom (3) in den Innenraum (2) hinein- und ein Abluftstrom (7) aus dem Innenraum (2) herausführbar ist. Dabei ist ein Wärmetauscher (12) vorgesehen, der zum Übertragen von Wärme zwischen dem Zuluftstrom (3) und dem Abluftstrom (7) vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug (1).

Description

Die Erfindung betrifft eine Klimatisierungseinrichtung für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, bei welcher ein Zuluftstrom in den Innenraum hinein- und ein Abluftstrom aus dem Innenraum herausführbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug.
Stand der Technik
Klimatisierungseinrichtungen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie verfügen über Mittel, mit welchen der Zuluftstrom dem Innenraum zuführbar und der Abluftstrom entnehmbar ist. Beispielsweise wird der Zuluftstrom einer Umgebung des Kraftfahrzeugs entnommen und anschließend von der Klimatisierungseinrichtung in den Innenraum geführt. Entsprechend wird der Abluftstrom dem Innenraum entnommen und in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgegeben. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, beispielsweise in einem Umluftbetrieb der Klimatisierungseinrichtung, dass der Abluftstrom dem Innenraum entnommen, klimatisiert und anschließend wieder, nun als Zuluftstrom, dem Innenraum zugeführt wird. Insbesondere bei Durchführung des vorstehend beschriebenen Normalbetriebs, in welchem Frischluft aus der Umgebung des Kraftfahrzeugs in den Innenraum eingeleitet wird, muss bei niedrigen Außentemperaturen der Zuluftstrom auf eine für die Insassen des Kraftfahrzeugs angenehme Temperatur gebracht werden. Zu diesem Zweck wird häufig Abwärme eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs verwendet. Dies ist ohne Weiteres möglich, wenn das Antriebsaggregat als Brennkraftmaschine ausgebildet ist. Wird jedoch als Antriebsaggregat ausschließlich eine elektrische Maschine verwendet, um einen rein elektrischen Fahrbetrieb umsetzen zu können, so reicht die Abwärme des Antriebsaggregats üblicherweise, insbesondere zu Beginn eines Fahrzyklus des Kraftfahrzeugs bei kaltem Antriebsaggregat, nicht aus, um den Zuluftstrom ausreichend zu temperieren. Aus diesem Grund wird häufig eine elektrische Heizung, beispielsweise eine Widerstandsheizung mit einem PTC-Element, eingesetzt. Eine solche elektrische Heizung benötigt für ihren Betrieb jedoch viel Energie, was sich abträglich auf die Reichweite eines rein elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs auswirkt.
Offenbarung der Erfindung
Demgegenüber weist die Klimatisierungseinrichtung gemäß Anspruch 1 den Vorteil auf, dass der Energiebedarf für die Temperierung des Zuluftstroms geringer ist, sodass insbesondere eine höhere Reichweite des Kraftfahrzeugs bei Durchführung eines rein elektrischen Fahrbetriebs erzielt werden kann. Dies wird erfindungsgemäß durch einen Wärmetauscher erreicht, der zum Übertragen von Wärme zwischen dem Zuluftstrom und dem Abluftstrom vorgesehen ist. Die Klimatisierungseinrichtung verfügt also über den Wärmetauscher. Dieser ist derart ausgebildet, dass ihm sowohl der Zuluftstrom als auch der Abluftstrom zuführbar sind. Es ist nun in wenigstens einer Betriebsart der Klimatisierungseinrichtung vorgesehen, den Zuluftstrom und den Abluftstrom durch den Wärmetauscher zu führen, sodass Wärme entweder von dem Zuluftstrom auf den Abluftstrom oder umgekehrt übertragen wird. Bei niedrigen Außentemperaturen wird üblicherweise ein Teil der in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs vorhandenen Wärme von dem Abluftstrom in den Wärmetauscher eingebracht. Wenigstens ein Teil dieser Wärme wird in diesem auf den Zuluftstrom übertragen, wodurch dieser sich erwärmt. Der erwärmte Zuluftstrom wird anschließend wieder in den Innenraum des Kraftfahrzeugs eingebracht. Auf diese Weise geht die in dem Abluftstrom vorhandene Wärme nicht in der Umgebung des Kraftfahrzeugs verloren, sondern wird zum Temperieren des Zuluftstroms verwendet. Dadurch wird der Energiebedarf der Klimatisierungseinrichtung, insbesondere einer eventuell zusätzlich vorgesehenen elektrischen Heizung beziehungsweise Wärmepumpe, deutlich verringert und entsprechend die Reichweite des Kraftfahrzeugs bei einem rein elektrischen Fahrbetrieb deutlich vergrößert.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher mindestens eine Wärmetauschzelle aufweist, in welcher wenigstens ein Zuluftkanal für den Zuluftstrom und zumindest ein Abluftkanal für den Abluftstrom vorliegen, welche von einem Kunststoffelement strömungstechnisch voneinander getrennt sind. Der Wärmetauscher ist entsprechend modular aufgebaut und kann eine oder mehrere Wärmetauschzellen aufweisen. Diese bilden zusammen ein Wärmetauschelement. In der Wärmetauschzelle liegen wenigstens zwei Strömungskanäle vor, von welchen wenigstens einer als Zuluftkanal und wenigstens ein anderer als Abluftkanal ausgebildet sind. Bevorzugt sind der Zuluftkanal und der Abluftkanal nach Art eines Gegenstromwärmetauschers angeordnet, weisen also entgegengesetzte Durchströmungsrichtungen auf. Alternativ kann jedoch auch ein Gleichstrom- oder Kreuzstromwärmetauscher vorliegen. Die Strömungskanäle, zumindest jedoch der Zuluftkanal und der Abluftkanal, sind voneinander durch das Kunststoffelement strömungstechnisch voneinander getrennt. In der Wärmetauschzelle tritt demnach keine Vermischung des Zuluftstroms mit dem Abluftstrom auf. Das Kunststoffelement ist wärmeübertragend, besteht also aus einem gut wärmeleitenden Kunststoff. Der Kunststoff weist vorzugsweise eine Wärmeleitfähigkeit von größer oder gleich 0,2 W/(mK) auf. Bevorzugt ist die Wärmeleitfähigkeit jedoch größer oder gleich 0,5 W/(mK), 0,75 W/(mK) oder 0,8 W/(mK). In letzterem Fall weist der Kunststoff bevorzugt Zusatzstoffe auf, welche die Wärmeleitfähigkeit erhöhen, beispielsweise Keramik, Metall und/oder Kohlenstoff. Das Kunststoffelement ist zudem vorteilhafterweise feuchtigkeits- und/oder wasserbeständig. Die Strömungskanäle der Wärmetauschzelle sind im Querschnitt bevorzugt rechteckig oder rund; sie können jedoch prinzipiell einen beliebigen Querschnitt aufweisen. Die Wärmetauschzelle besteht beispielsweise aus übereinander angeordneten Profilelementen, welche die Strömungskanäle bevorzugt gemeinsam ausbilden. So weist jedes der Profilelemente wenigstens einen Bereich der Strömungskanäle auf. Beim Zusammenfügen der Profilelemente zu der Wärmetauschzelle werden dann die Strömungskanäle ausgebildet. Die Profilelemente weisen zu diesem Zweck bevorzugt Vertiefungen auf, welche mäanderförmig verlaufen, sodass die Strömungskanäle später ebenfalls mäanderförmig angeordnet sind.
Es ist bevorzugt vorgesehen, dass das Kunststoffelement eine geringe Stärke aufweist. Die Stärke bezeichnet die Dicke des Kunststoffelements zwischen den Strömungskanälen, also insbesondere zwischen dem Abluftkanal und dem Zuluftkanal. Je dünner das Kunststoffelement ist, desto besser kann die Wärme von dem Zuluftstrom auf den Abluftstrom oder umgekehrt übertragen werden. Aus diesem Grund ist die Stärke des Kunststoffelements bevorzugt geringer als 0,5 mm. Besonders vorteilhaft ist eine Stärke von maximal 0,1 mm. Es können jedoch auch noch geringere Stärken, beispielsweise 0,05 mm oder 0,01 mm, vorgesehen sein. Insbesondere liegt das Kunststoffelement bevorzugt als Kunststofffolie vor.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher mehrere strömungstechnisch hintereinander geschaltete Wärmetauschzellen aufweist, die mittels eines wenigstens bereichsweise zwischen ihnen vorliegenden Isolierelements thermisch voneinander isoliert sind. Es liegt also das vorstehend erwähnte Wärmetauschelement vor, welches aus mehreren Wärmetauschzellen besteht. Diese sind derart hintereinander geschaltet, dass der Zuluftkanal einer ersten der Wärmetauschzellen mit dem Zuluftkanal einer weiteren der Wärmetauschzellen strömungstechnisch verbunden ist. Entsprechendes gilt für den Abluftkanal. Bevorzugt soll die Wärme zwischen dem Zuluftstrom und dem Abluftstrom ausschließlich in den Wärmetauschzellen übertragen werden. Es soll daher verhindert werden, dass Wärme von einer der Wärmetauschzellen auf eine andere der Wärmetauschzellen übergeht. Aus diesem Grund ist das Isolierelement vorgesehen, welches wenigstens bereichsweise zwischen den Wärmetauschzellen vorliegt. Vorzugsweise ist jede Wärmetauschzelle von den jeweils anderen Wärmetauschzellen mittels des Isolierelements thermisch isoliert. Unter dem thermischen Isolieren muss dabei kein vollständiges Isolieren verstanden werden. Es kann auch lediglich ein teilweises thermisches Isolieren vorliegen. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Isolierelement lediglich zwischen einigen der Wärmetauschzellen vorliegt beziehungsweise lediglich bereichsweise zwischen diesen angeordnet ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Wärmetauscher ein Wärmetauschergehäuse aufweist, in welchem die wenigstens eine Wärmetauschzelle angeordnet ist, wobei in dem Wärmetauschergehäuse wenigstens eine, insbesondere von einer Wand des Wärmetauschergehäuses gemeinsam mit der Wärmetauschzelle ausgebildete, Strömungsleitung vorliegt, um eine Strömungsverbindung von einem Gehäusezuluftanschluss zu einem Wärmetauschzellenzuluftanschluss und/oder von einem Wärmetauschzellenabluftanschluss zu einem Gehäuseabluftanschluss herzustellen. Das Wärmetauschergehäuse umgibt die Wärmetauschzelle beziehungsweise das Wärmetauschelement also derart, dass die Strömungsverbindung hergestellt ist. Diese verläuft von dem Gehäusezuluftanschluss zu dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss, sodass der Zuluftstrom durch den Gehäusezuluftanschluss und den Wärmetauschzellenzuluftanschluss in die Wärmetauschzelle einströmen kann. Zusätzlich oder alternativ liegt die Strömungsverbindung von dem Wärmetauschzellenabluftanschluss zu dem Gehäuseabluftanschluss vor, sodass der Abluftstrom aus der Wärmetauschzelle durch den Wärmetauschzellenabluftanschluss und den Gehäuseabluftanschluss aus dem Wärmetauscher beziehungsweise der Klimatisierungseinrichtung herausgelangen kann. Besonders bevorzugt ist die Wärmetauschzelle beziehungsweise das Wärmetauschelement derart in dem Wärmetauschergehäuse angeordnet, dass sie/es von diesem wenigstens bereichsweise beabstandet ist, sodass die Wand des Wärmetauschergehäuses gemeinsam mit der Wärmetauschzelle beziehungsweise dem Wärmetauschelement die Strömungsleitung ausbildet. Die Wand ist dabei besonders bevorzugt eine Außenwand des Wärmetauschergehäuses, deren Innenseite die Strömungsleitung gemeinsam mit der Wärmetauschzelle beziehungsweise dem Wärmetauschelement ausbildet. Alternativ kann die Wand selbstverständlich auch eine Innenwand des Wärmetauschergehäuses sein, welche einen Innenraum des Wärmetauschergehäuses in mehrere Teilbereiche unterteilt.
Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass der Gehäusezuluftanschluss auf der dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss abgewandten Seite des Wärmetauschergehäuses und/oder der Gehäuseabluftanschluss auf der dem Wärmetauschzellenabluftanschluss abgewandten Seite des Wärmetauschergehäuses vorliegt. Auf diese Weise wird erreicht, dass der Zuluftstrom beziehungsweise der Abluftstrom die Wärmetauschzelle wenigstens bereichsweise außen überströmt. Der Vorteil an einer solchen Ausgestaltung ist, dass der Gehäusezuluftanschluss beziehungsweise der Gehäuseabluftanschluss stets an Stellen angeordnet werden können, an welchen sie zur Klimatisierung des Kraftfahrzeuginnenraums benötigt werden, beispielsweise in der Nähe von Lufteinlässen beziehungsweise Luftauslässen. Es entfallen also ansonsten notwendige Strömungsleitungen, welche ansonsten zwischen dem dem Kraftfahrzeuginnenraum zugeordneten Lufteinlass und dem Gehäusezuluftanschluss beziehungsweise dem Luftauslass und dem Gehäuseabluftanschluss vorgesehen sein müssen. Zumindest werden diese Leitungen jedoch vergleichsweise kurz ausfallen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäuseabluftanschluss ein Gehäuseablufteingangsanschluss oder ein Gehäuseabluftausgangsanschluss und/oder der Gehäusezuluftanschluss ein Gehäusezulufteingangsanschluss oder ein Gehäusezuluftausgangsanschluss ist. Durch den Gehäuseablufteingangsanschluss gelangt Abluft in das Wärmetauschergehäuse hinein, während es durch den Gehäuseabluftausgangsanschluss aus ihm ausströmen kann. Entsprechend ist der Gehäusezulufteingangsanschluss zur Zufuhr des Zuluftstroms und der Gehäusezuluftausgangsanschluss zum Ausbringen des Zuluftstroms aus dem Wärmetauschergehäuse vorgesehen.
Dabei kann es vorgesehen sein, dass der Gehäusezulufteingangsanschluss und/oder der Gehäusezuluftausgangsanschluss unmittelbar und/oder der Gehäuseablufteingangsanschluss und/oder der Gehäuseabluftausgangsanschluss über die Strömungsleitung an die Wärmetauschzelle angeschlossen sind. Unter dem unmittelbaren Anschließen ist dabei zu verstehen, dass an den Gehäusezulufteingangsanschluss beziehungsweise den Gehäusezuluftausgangsanschluss eine Strömungsleitung angeschlossen ist, welche ihn strömungstechnisch mit der Wärmetauschzelle, also einem der Wärmetauschzellenzuluftanschlüsse, verbindet. Der Gehäuseablufteingangsanschluss beziehungsweise der Gehäuseabluftausgangsanschluss soll dagegen über die vorstehend genannte Strömungsleitung, welche vorzugsweise von dem Wärmetauschergehäuse und der Wärmetauschzelle gemeinsam ausgebildet ist, an die Wärmetauschzelle, also einen der Wärmetauschzellenabluftanschlüsse, angeschlossen sein.
Es kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauschzellenzuluftanschluss einer ersten der Wärmetauschzellen mit einem Wärmetauschzellenzuluftanschluss einer zweiten der Wärmetauschzellen und/oder der Wärmetauschzellenabluftanschluss der ersten der Wärmetauschzellen mit einem Wärmetauschzellenabluftanschluss der zweiten der Wärmetauschzellen bezüglich des Wärmetauschergehäuses auf der gleichen Seite der Wärmetauschzellen mittels eines, insbesondere aus Kunststoff bestehenden, Strömungsleitelements strömungstechnisch angeschlossen sind/ist. Das strömungstechnische Hintereinanderschalten der Wärmetauschzellen wird also durch das gegenseitige Verbinden der Wärmetauschzellenzuluftanschlüsse beziehungsweise der Wärmetauschzellenabluftanschlüsse der Wärmetauschzellen erreicht. Entsprechend ist jeweils ein Anschluss der ersten der Wärmetauschzellen mit dem Anschluss der zweiten der Wärmetauschzellen strömungstechnisch verbunden. Diese Strömungsverbindung wird mittels des Strömungsleitelements hergestellt, welches beispielsweise als Leitung, also als Rohr oder Schlauch, ausgebildet ist. Bevorzugt besteht das Strömungsleitelement aus Kunststoff, wobei der Kunststoff geschäumt sein kann. Auf diese Weise wird eine leichte Montage des Strömungsleitelements sichergestellt.
Die dem Wärmetauscher zugeordneten Wärmetauschzellen sind beispielsweise nebeneinander oder übereinander angeordnet. Die Anordnung der Wärmetauschzellen richtet sich insbesondere nach den Platzverhältnissen, an welche der Wärmetauscher angepasst sein muss. Prinzipiell ist die Anordnung der Wärmetauschzellen jedoch beliebig.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in dem Wärmetauschergehäuse, insbesondere in der Strömungsleitung zwischen dem Wärmetauschzellenabluftanschluss und dem Gehäuseabluftanschluss, eine elektrische Einrichtung des Kraftfahrzeugs, insbesondere ein Akkumulator für ein Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, angeordnet ist. Um eine besonders platzsparende Anordnung der elektrischen Einrichtung sowie des Wärmetauschers zu ermöglichen, ist die elektrische Einrichtung in das Wärmetauschergehäuse zumindest bereichsweise, insbesondere vollständig, integriert. Dabei kann eine Wärmeleitungsverbindung zwischen der elektrischen Einrichtung und wenigstens einer der Wärmetauschzellen vorgesehen sein, um der elektrischen Einrichtung entweder Wärme zuzuführen oder von ihr abzuführen. Wenn die elektrische Einrichtung in Form des Akkumulators vorliegt, so muss letzterer üblicherweise auf einer Temperatur innerhalb eines Betriebstemperaturbereichs gehalten werden, um eine zuverlässige Funktion zu ermöglichen. Bei einer solchen Ausführungsform ist es sinnvoll, der elektrischen Einrichtung Wärme aus dem Kraftfahrzeuginnenraum zuzuführen. Aus diesem Grund ist die elektrische Einrichtung mit wenigstens einer Wärmetauschzelle wärmeleitend verbunden. Zusätzlich oder alternativ kann die elektrische Einrichtung in der Strömungsleitung zwischen den Wärmetauschzellenabluftanschluss und dem Gehäuseabluftanschluss angeordnet sein. Auf diese Weise wird sie von dem dem Kraftfahrzeuginnenraum entnommenen Abluftstrom wenigstens bereichsweise überströmt, sodass die Wärme des Abluftstroms wenigstens teilweise auf die elektrische Einrichtung übergehen kann.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Wärmetauschzelle und/oder die elektrische Einrichtung in einer, insbesondere durch Streben von diesen beabstandeten, Vakuumhülle angeordnet sind. Die Wärmetauschzelle beziehungsweise die elektrische Einrichtung ist also wenigstens bereichsweise, vorzugsweise vollständig, in der Vakuumhülle eingeschlossen. Lediglich die Wärmetauschzellenabluftanschlüsse oder elektrische Anschlüsse der elektrischen Einrichtung sind durch die Vakuumhülle hindurchgeführt, um die Wärmetauschzelle beziehungsweise die elektrische Einrichtung betreiben zu können. Unter der Vakuumhülle ist eine Hülle zu verstehen, in welcher die Wärmetauschzelle beziehungsweise die elektrische Einrichtung oder beide angeordnet werden und die nachfolgend vakuumiert wird. Das bedeutet, dass der Raum zwischen der Vakuumhülle und den darin angeordneten Einrichtungen evakuiert wird, sodass der Luftdruck in diesem Bereich geringer ist als in einer Umgebung der Vakuumhülle. Beispielsweise ist die Vakuumhülle flexibel. Bei einer solchen Ausführungsform schmiegt sich die Vakuumhülle bei dem Evakuieren beziehungsweise Vakuumieren an die Wärmetauschzelle und/oder die elektrische Einrichtung an. Besonders bevorzugt ist es daher, wenn zwischen der Vakuumhülle und den darin angeordneten Elementen Streben vorgesehen sind, welche auch nach dem Evakuieren die Vakuumhülle von diesen Elementen beabstandet. Auf diese Weise wird eine besonders gute Reduzierung der Wärmeübertragung erreicht. Die Streben bestehen daher bevorzugt aus einem schlecht wärmeleitenden Material, also aus einem Material mit geringer Wärmeleitfähigkeit, insbesondere also einem thermischen Isolator. Die Vakuumhülle kann beispielsweise als Metallfolie ausgebildet sein, wobei wiederum ein Metall gewählt wird, welches eine geringe Wärmeleitfähigkeit aufweist. Es kann lediglich die Wärmetauschzelle, lediglich die elektrische Einrichtung oder alternativ beide Elemente in der Vakuumhülle angeordnet sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Bypass vorgesehen ist, um eine die Wärmetauschzelle umgehende Strömungsverbindung für den Zuluftstrom und/oder den Abluftstrom bereitzustellen. Üblicherweise ist es sinnvoll, den Zuluftstrom und den Abluftstrom stets durch den Wärmetauscher zu leiten, um das Austauschen der Wärme zwischen diesen zu ermöglichen. In wenigstens einem Betriebszustand der Klimatisierungseinrichtung soll es jedoch vorgesehen sein, dass der Zuluftstrom und/oder der Abluftstrom um den Wärmetauscher herumgeleitet werden/wird. Zu diesem Zweck ist der Bypass vorgesehen. Über diesen ist die Strömungsverbindung herstellbar, durch welche der Zuluftstrom beziehungsweise der Abluftstrom um den Wärmetauscher beziehungsweise die Wärmetauschzelle umgehbar ist. In dem Bypass ist bevorzugt ein Querschnittsverstellelement vorgesehen, mittels welchem steuernd und/oder regelnd eingestellt werden kann, ob die Strömungsverbindung zum Umgehen des Wärmetauschers beziehungsweise der Wärmetauschzelle verschlossen oder wenigstens teilweise geöffnet ist.
Es kann vorgesehen sein, dass in dem Zuluftstrom und/oder dem Abluftstrom eine Fördereinrichtung vorgesehen ist. Mittels der Fördereinrichtung wird eine Luftbewegung erzeugt, durch welche der Zuluftstrom beziehungsweise der Abluftstrom transportiert wird. Die Fördereinrichtung ist beispielsweise als Ventilator ausgebildet. Es kann vorgesehen sein, dass lediglich dem Zuluftstrom, lediglich dem Abluftstrom oder beiden jeweils eine Fördereinrichtung zugeordnet ist.
Ebenso kann es vorgesehen sein, dass in dem Zuluftstrom ein Luftentfeuchter, eine Heizvorrichtung, ein CO₂-Sensor und/oder ein Filter, insbesondere ein Aktivkohlefilter, und/oder in dem Abluftstrom ein Luftbefeuchter vorgesehen sind. Die Klimatisierungseinrichtung kann demnach zahlreiche zusätzliche Elemente aufweisen, die insbesondere der Klimatisierung des Kraftfahrzeuginnenraums dienen. Der in dem Abluftstrom unter Umständen vorgesehene Luftbefeuchter kann zum zusätzlichen Kühlen des Abluftstroms dienen. Beispielsweise wird eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in den Abluftstrom eingebracht, wodurch dieser sich stark abkühlt. Der Abluftstrom kann anschließend beispielsweise zum Kühlen eines Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs verwendet werden. Der Luftbefeuchter ist vorzugsweise nach dem Wärmetauscher, also insbesondere nach der Wärmetauschzelle vorgesehen. Der Luftbefeuchter kann jedoch noch innerhalb des Wärmetauschergehäuses vorliegen.
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere Elektrokraftfahrzeug oder Hybridkraftfahrzeug, mit wenigstens einer Klimatisierungseinrichtung für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums, bei welcher ein Zuluftstrom in den Innenraum hinein- und ein Abluftstrom aus dem Innenraum herausführbar ist. Dabei ist ein Wärmetauscher vorgesehen, der zum Übertragen von Wärme zwischen dem Zuluftstrom und dem Abluftstrom vorgesehen ist. Die Klimatisierungseinrichtung kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Besonders bevorzugt ist der Wärmetauscher zwischen einem Fahrzeugunterboden und einem Fahrzeuginnenraumboden oder zwischen einem Fahrzeugdach und einem Fahrzeuginnenraumhimmel angeordnet. Auf diese Weise wird eine sehr platzsparende Anordnung des Wärmetauschers erzielt, insbesondere muss der Wärmetauscher nicht in einem Motorraum des Kraftfahrzeugs angeordnet werden und mittels vergleichsweise langen Leitungen an den Lufteinlass beziehungsweise den Luftauslass des Kraftfahrzeuginnenraums angeschlossen werden. Unter dem Fahrzeugunterboden ist dabei die Unterseite des Kraftfahrzeugs zu verstehen, während der Fahrzeuginnenraumboden den Kraftfahrzeuginnenraum nach unten in Richtung des Fahrzeugbodens begrenzt. Das Fahrzeugdach schließt das Kraftfahrzeug gegenüber einer Umgebung des Kraftfahrzeugs ab. Der Fahrzeuginnenraumhimmel begrenzt dagegen den Kraftfahrzeuginnenraum nach oben beziehungsweise in Richtung des Fahrzeugdachs.
Es kann nun vorgesehen sein, dass – bezogen auf eine Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs – der Gehäusezulufteingangsanschluss und/oder der Gehäusezuluftausgangsanschluss vorne und/oder der Gehäuseablufteingangsanschluss und/oder der Gehäuseabluftausgangsanschluss hinten angeordnet sind/ist. Vorteilhafterweise ist vorgesehen, dass der Lufteinlass in dem Kraftfahrzeuginnenraum in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs vorne angeordnet ist, während der Luftauslass zum Entnehmen des Abluftstroms aus dem Kraftfahrzeuginnenraum in Fahrtrichtung hinten vorliegt. Unter der Fahrtrichtung ist dabei eine Hauptfahrtrichtung des Kraftfahrzeugs bei Geradeausfahrt zu verstehen, also insbesondere keine Kurvenfahrt oder Rückwärtsfahrt.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Gehäuseabluftausgangsanschluss strömungstechnisch mit einem Antriebsaggregat des Kraftfahrzeugs, insbesondere einer elektrischen Maschine und/oder einer dieser zugeordneten Leistungselektronikeinrichtung, verbunden ist. Durch den Gehäuseabluftausgangsanschluss strömt der Abluftstrom aus dem Wärmetauschergehäuse strömungstechnisch gesehen nach dem Wärmetauscher beziehungsweise der Wärmetauschzelle aus. Das bedeutet, dass der Zuluftstrom an diesem Punkt bereits deutlich kühler ist als dies in dem Kraftfahrzeuginnenraum der Fall war. Vorteilhafterweise weist er eine Temperatur auf, welche geringer als eine Temperatur des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs ist. Entsprechend kann der Abluftstrom zum Kühlen des Antriebsaggregats herangezogen werden. Zu diesem Zweck soll der Gehäuseabluftausgangsanschluss mit dem Antriebsaggregat oder zumindest einem Element des Antriebsaggregats strömungstechnisch verbunden sein. Dazu zählen insbesondere die elektrische Maschine beziehungsweise eine der elektrischen Maschine zugeordnete Leistungselektronikeinrichtung.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines Kraftfahrzeugs mit einer Klimatisierungseinrichtung für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums,
2 eine schematische Darstellung eines Querschnitts durch einen Wärmetauscher der Klimatisierungseinrichtung in einer ersten Ausführungsform, und
3 eine schematische Darstellung des Wärmetauschers in einer weiteren Ausführungsform.
Die 1 zeigt einen schematischen Querschnitt eines Kraftfahrzeugs 1 mit einem Kraftfahrzeuginnenraum 2. Dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 ist ein Zuluftstrom 3, insbesondere aus einer Umgebung 4 des Kraftfahrzeugs 1, zuführbar. Dies ist durch die Pfeile 5 und 6 angedeutet. Gemäß dem Pfeil 5 wird der Umgebung 4 Luft entnommen und, wie durch den Pfeil 6 dargestellt, dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 zugeführt. Entsprechend ist ein Abluftstrom 7 gemäß dem Pfeil 8 entnehmbar und der Umgebung 4 zuführbar, wie dies durch den Pfeil 9 angedeutet ist. Zusätzlich ist noch ein Umluftstrom 10 dargestellt. Bei diesem wird dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 Luft entnommen, temperiert beziehungsweise klimatisiert und nachfolgend wieder zugeführt. Auf den Umluftstrom 10 wird nachfolgend jedoch nicht eingegangen.
Das Kraftfahrzeug 1 weist eine Klimatisierungseinrichtung 11 auf. Diese verfügt zum einen über Mittel, um dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 den Zuluftstrom 3 zuzuführen und den Abluftstrom 7 zu entnehmen. Weiterhin weist die Klimatisierungseinrichtung 11 einen Wärmetauscher 12 auf, mittels welchem Wärme zwischen dem Zuluftstrom 3 und dem Abluftstrom 7 übertragbar ist. Der Wärmetauscher 12 besteht aus einem Wärmetauschergehäuse 13, in welchem zwei Wärmetauschzellen 14 und 15 angeordnet sind. Zwischen den Wärmetauschzellen 14 und 15 ist ein Isolierelement 16 angeordnet, welches die in dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel übereinander angeordneten Wärmetauschzellen 14 und 15 wenigstens teilweise thermisch voneinander isoliert. Der Zuluftstrom 3 und der Abluftstrom 7 weisen jeweils eine Fördereinrichtung 17 beziehungsweise 18 auf. Diese sind beispielsweise als Ventilatoren ausgebildet. Mittels der Fördereinrichtungen 17 und 18 kann Luft entsprechend mit dem Zuluftstrom 3 oder dem Abluftstrom 7 transportiert werden. Die Fördereinrichtung 17 des Zuluftstroms 3 kann auch gleichzeitig dem Umluftstrom 10 zugeordnet sein. Dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 ist wenigstens ein Lufteinlass 19 und ein Luftauslass 20 zugeordnet. Durch den Lufteinlass 19 wird der Zuluftstrom 3 und gegebenenfalls der Umluftstrom 10 gemäß dem Pfeil 6 dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 zugeführt. Durch den Luftauslass 20 wird dagegen entsprechend dem Pfeil 8 der Abluftstrom 7 dem Kraftfahrzeuginnenraum 2 entnommen.
In dem Ausführungsbeispiel gemäß der 1 ist der Wärmetauscher 12 zwischen einem hier nicht gesondert dargestellten Fahrzeugunterboden und einem Fahrzeuginnenraumboden 21 vorgesehen. Dabei erstreckt sich der Wärmetauscher 12 und auch die Wärmetauschzellen 14 und 15 über einen weiten Bereich des Kraftfahrzeugs 1 in dessen Längsrichtung. Auf diese Weise wird bei gleichzeitig platzsparender Anordnung des Wärmetauschers 12 ein effizientes Übertragen von Wärme von dem Abluftstrom 7 auf den Zuluftstrom 3 beziehungsweise umgekehrt ermöglicht. Das Wärmetauschergehäuse 13 verfügt über einen Gehäusezulufteingangsanschluss 22, einen Gehäusezuluftausgangsanschluss 23, einen Gehäuseablufteingangsanschluss 24 sowie einen Gehäuseabluftausgangsanschluss 25. Durch den Gehäusezulufteingangsanschluss 22 gelangt der Zuluftstrom 3 in das Innere des Wärmetauschergehäuses 13, während es durch den Gehäusezuluftausgangsanschluss 23 aus diesem in Richtung des Lufteinlasses 19 austreten kann. Durch den Gehäuseablufteingangsanschluss 24 gelangt dagegen der Abluftstrom 7 durch den Luftauslass 20 in das Wärmetauschergehäuse 13. Durch den Gehäuseabluftausgangsanschluss 25 kann es wieder aus diesem austreten. Dabei ist es vorteilhaft, wenn der Gehäuseabluftausgangsanschluss 25 strömungstechnisch mit einem Antriebsaggregat 26 des Kraftfahrzeugs 1 strömungstechnisch verbunden ist. Es wird also der Abluftstrom 7 nachfolgend des Wärmetauschers 12 dem Antriebsaggregat 26 beziehungsweise einem diesen zugeordneten Element zugeführt. Das Antriebsaggregat 26 kann beispielsweise eine elektrische Maschine und/oder eine dieser zugeordnete Leistungselektronikeinrichtung aufweisen. Bei einer derartigen Ausführung soll das Antriebsaggregat 26 mittels des Abluftstroms 7 gekühlt werden, sofern dieser eine dazu geeignete Temperatur aufweist. Entsprechend kann es vorteilhaft sein, wenn die Klimatisierungseinrichtung 11 Mittel aufweist, um den Abluftstrom 7 entweder dem Antriebsaggregat 26 zu dessen Kühlung zuzuführen oder an diesem vorbei in die Umgebung 4 zu entlassen.
Die 2 zeigt den Wärmetauscher 12 in einer ersten Ausführungsform. Diese entspricht im Wesentlichen der bereits anhand der 1 beschriebenen, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen sei. Es wird deutlich, dass der Wärmetauscher 12 mehrere strömungstechnisch hintereinandergeschaltete Wärmetauschzellen 14 und 15 aufweist, zwischen welchen das Isolierelement 16 vorliegt. In jeder der Wärmetauschzellen 14 und 15 liegt jeweils ein Zuluftkanal 27 beziehungsweise 28 für den Zuluftstrom 3 und ein Abluftkanal 29 beziehungsweise 30 für den Abluftstrom 7 vor. Jede der Wärmetauschzellen 14 und 15 weist entsprechend zwei Wärmetauschzellenzuluftanschlüsse 31 und 32 beziehungsweise 33 und 34 sowie Wärmetauschzellenabluftanschlüsse 35 und 36 beziehungsweise 37 und 38 auf. Der Wärmetauschzelle 14 wird der Abluftstrom 7 durch den Wärmetauschzellenabluftanschluss 35 zugeführt und durch den Wärmetauschzellenabluftanschluss 36 entnommen. Anschließend wird er der Wärmetauschzelle 15 durch den Wärmetauschzellenabluftanschluss 37 zugeführt und durch den Wärmetauschzellenabluftanschluss 38 entnommen. Entsprechend wird der Wärmetauschzelle 15 der Zuluftstrom 3 durch den Wärmetauschzellenzuluftanschluss 34 zugeführt, durch den Wärmetauschzellenzuluftanschluss 33 entnommen und anschließend dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss 32 der Wärmetauschzelle 14 zugeführt. Dieser wird er durch den Wärmetauschzellenzuluftanschluss 31 entnommen und anschließend in Richtung des Lufteinlasses 19 (hier nicht dargestellt) geführt. Dabei ist es vorgesehen, dass zwischen dem Gehäusezuluftausgangsanschluss 23 und dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss 31 eine Zuluftleitung 39 und zwischen dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss 34 und dem Gehäusezulufteingangsanschluss 22 eine Zuluftleitung 40 vorliegt. Die Zuluftleitungen 39 und 40 sind dabei als Rohr oder als Schlauch ausgebildet, welche den Zuluftstrom 3 strömungstechnisch von einem Innenraum 41 des Wärmetauschergehäuses 13 trennen. Für eine Strömungsverbindung zwischen dem Gehäuseablufteingangsanschluss 24 und dem Wärmetauschzellenabluftanschluss 35 ist es dagegen vorgesehen, dass eine Strömungsleitung 42 unmittelbar in dem Innenraum 41 vorliegt und von einem Bereich der Wärmetauschzelle 14 und einer Wand 43 des Wärmetauschergehäuses 13 ausgebildet ist. Die Strömungsleitung 42 wird insoweit gemeinsam von dem Wärmetauschergehäuse 13 und der Wärmetauschzelle 14 ausgebildet. Eine entsprechende Strömungsleitung 44 ist zwischen einer Wand 45 des Wärmetauschergehäuses 13 und der Wärmetauschzelle 15 ausgebildet, durch welche eine Strömungsverbindung zwischen dem Wärmetauschzellenabluftanschluss 38 und dem Gehäuseabluftausgangsanschluss 25 vorliegt. Die Strömungsleitungen 42 und 44 sind strömungstechnisch voneinander getrennt (hier nicht erkennbar). Zu diesem Zweck ist beispielsweise eine Innenwand (nicht dargestellt) des Wärmetauschergehäuses 13 vorgesehen. Durch den modularen Aufbau des Wärmetauschers 12, bestehend aus den Wärmetauschzellen 14 und 15, ist es notwendig, die Wärmetauschzellen 14 und 15 strömungstechnisch miteinander zu verbinden. Zu diesem Zweck sind Strömungsleitelemente 46 und 47 vorgesehen. Das Strömungsleitelement 46 stellt eine Strömungsverbindung zwischen den Wärmetauschzellen 14 und 15 für den Zuluftstrom 3 her, wobei es den Wärmetauschzellenzuluftanschluss 33 mit dem Wärmetauschzellenzuluftanschluss 32 verbindet. Entsprechend bildet das Strömungsleitelement 47 eine Strömungsverbindung für den Abluftstrom 7, wobei es die Wärmetauschzellenabluftanschlüsse 36 und 37 verbindet. Die Strömungsleitelemente 46 und 47 liegen vorzugsweise als Rohrleitungselemente, bestehend aus Kunststoff, vorzugsweise geschäumten Kunststoff, vor. Es kann vorgesehen sein, dass die Strömungsleitelemente 46 und 47 als gemeinsames Strömungsleitelement (hier nicht dargestellt) ausgeführt sind.
Es ist vorgesehen, dass der Gehäuseablufteingangsanschluss 24 auf der dem Wärmetauschzellenabluftanschluss 35 abgewandten Seite des Wärmetauschergehäuses 13 angeordnet ist. Entsprechend liegt auch der Gehäuseabluftausgangsanschluss 25 auf der dem Wärmetauschzellenabluftanschluss 38 abgewandten Seite des Wärmetauschergehäuses 13. Auf diese Weise wird der Abluftstrom 7 entlang der Strömungsleitungen 42 und 44 an der Wärmetauschzelle 14 beziehungsweise 15 vorbeigeführt.
Dies ermöglicht insbesondere die in der 3 gezeigte Ausführungsform des Wärmetauschers 12. Diese entspricht grundsätzlich der Ausführungsform gemäß der 2, sodass auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Der Unterschied liegt hier darin, dass in dem Wärmetauschergehäuse 13 eine elektrische Einrichtung 48 des Kraftfahrzeugs 1 angeordnet ist. Die elektrische Einrichtung 48 ist insbesondere ein Akkumulator, welcher dem Antriebsaggregat 26 des Kraftfahrzeugs 1 zugeordnet ist. Um ein zuverlässiges Betreiben der elektrischen Einrichtung 48 zu ermöglichen, ist es häufig vorteilhaft, wenn deren Temperatur sich innerhalb eines bestimmten Temperaturbereichs befindet. Aus diesem Grund soll die elektrische Einrichtung 48 mittels des Wärmetauschers 12 beziehungsweise des Zuluftstroms 3 und des Abluftstroms 7 temperiert werden. Zu diesem Zweck ist die elektrische Einrichtung 48 in der Strömungsleitung 42 oder alternativ in der Strömungsleitung 44 (hier nicht dargestellt) angeordnet. Entsprechend strömt der Abluftstrom 7 über die elektrische Einrichtung 48, sodass dieser entweder Wärme zugeführt oder entnommen werden kann. Durch entsprechendes Einstellen des Abluftstroms 7 kann demnach die elektrische Einrichtung 48 auf eine bestimmte Temperatur eingestellt werden, welche innerhalb des gewünschten Temperaturbereichs liegt. Optional kann in dem Abluftstrom 7 ein Luftbefeuchter 49 vorgesehen sein, mittels welchem eine Flüssigkeit, insbesondere Wasser, in den Abluftstrom 7 einbringbar ist. Beispielsweise ist der Luftbefeuchter 49 einer der Wärmetauschzellen 14 und 15 zugeordnet. Er kann jedoch auch strömungstechnisch vor oder nach diesen in dem Abluftstrom 7 vorliegen. Bevorzugt befindet sich der Luftbefeuchter 49 in dem Wärmetauschergehäuse 13. Durch das Einbringen der Flüssigkeit mittels des Luftbefeuchters 49 kann die Temperatur des Abluftstroms 7 stromabwärts des Luftbefeuchters 49 abgesenkt werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der Abluftstrom 7 dem Antriebsaggregat 26 beziehungsweise einem diesem zugehörigen Element zugeführt werden soll.

Claims

Klimatisierungseinrichtung (11) für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums (2), bei welcher ein Zuluftstrom (3) in den Innenraum (2) hinein- und ein Abluftstrom (7) aus dem Innenraum (2) herausführbar ist, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (12), der zum Übertragen von Wärme zwischen dem Zuluftstrom (3) und dem Abluftstrom (7) vorgesehen ist.
Klimatisierungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) mindestens eine Wärmetauschzelle (14, 15) aufweist, in welcher wenigstens ein Zuluftkanal (27, 28) für den Zuluftstrom (3) und zumindest ein Abluftkanal (29, 30) für den Abluftstrom (7) vorliegen, welche von einem Kunststoffelement strömungstechnisch voneinander getrennt sind.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) mehrere strömungstechnisch hintereinander geschaltete Wärmetauschzellen (14, 15) aufweist, die mittels eines wenigstens bereichsweise zwischen ihnen vorliegenden Isolierelements (16) thermisch voneinander isoliert sind.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (12) ein Wärmetauschergehäuse (13) aufweist, in welchem die wenigstens eine Wärmetauschzelle (14, 15) angeordnet ist, wobei in dem Wärmetauschergehäuse (13) wenigstens eine, insbesondere von einer Wand (43, 45) des Wärmetauschergehäuses (13) gemeinsam mit der Wärmetauschzelle (14, 15) ausgebildete, Strömungsleitung (42, 44) vorliegt, um eine Strömungsverbindung von einem Gehäusezuluftanschluss (22, 23) zu einem Wärmetauschzellenzuluftanschluss (31, 34) oder von einem Wärmetauschzellenabluftanschluss (35, 38) zu einem Gehäuseabluftanschluss (24, 25) herzustellen.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabluftanschluss (24, 25) ein Gehäuseablufteingangsanschluss (24) oder ein Gehäuseabluftausgangsanschluss (25) und/oder der Gehäusezuluftanschluss (22, 23) ein Gehäusezulufteingangsanschluss (22) oder ein Gehäusezuluftausgangsanschluss (23) ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Wärmetauschergehäuse (13), insbesondere in der Strömungsleitung (42, 44) zwischen dem Wärmetauschzellenabluftanschluss (31, 38) und dem Gehäuseabluftanschluss (24, 25), eine elektrische Einrichtung (48) des Kraftfahrzeugs (1), insbesondere ein Akkumulator für ein Antriebsaggregat (26) des Kraftfahrzeugs (1), angeordnet ist.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauschzelle (14, 15) und/oder die elektrische Einrichtung (48) in einer, insbesondere durch Streben von diesen beabstandeten, Vakuumhülle angeordnet sind.
Klimatisierungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypass vorgesehen ist, um eine die Wärmetauschzelle (14, 15) umgehende Strömungsverbindung für den Zuluftstrom (3) und/oder den Abluftstrom (7) bereitzustellen.
Kraftfahrzeug (1), insbesondere Elektrokraftfahrzeug oder Hybridkraftfahrzeug, mit wenigstens einer Klimatisierungseinrichtung (11) für die Klimatisierung eines Kraftfahrzeuginnenraums (2), vorzugsweise nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Zuluftstrom (3) in den Innenraum (2) hinein- und ein Abluftstrom (7) aus dem Innenraum (2) herausführbar ist, gekennzeichnet durch einen Wärmetauscher (12), der zum Übertragen von Wärme zwischen dem Zuluftstrom (3) und dem Abluftstrom (7) vorgesehen ist.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäuseabluftausgangsanschluss (25) strömungstechnisch mit einem Antriebsaggregat (26) des Kraftfahrzeugs (1), insbesondere einer elektrischen Maschine und/oder einer dieser zugeordneten Leistungselektronikeinrichtung, verbunden ist.